Pomiar aktywności mięśni - dla kulturystów i nie tylko!
Czujniki aktywności mięśni są urządzeniami przeznaczonymi do badania aktywności mięśni poprzez wykrywanie obecności napięcia elektrycznego na mięśniach. W diagnostyce medycznej, ten proces nosi nazwę elektromiografii (EMG). Kiedy chcesz np. napiąć mięśnie prawej ręki, wówczas Twój mózg wysyła impuls elektryczny do unerwienia odpowiednich mięśni, czego następstwem jest pobudzenie motoryczne neuronów włókien mięśniowych, tworzących strukturę mięśni. Im mocniej napniesz mięśnie, tym więcej włókien mięśniowych będzie pobudzonych w sposób synchroniczny tak, aby wytworzyć odpowiadającą im łączną siłę. Czujniki mięśniowe wykrywają sygnały elektryczne mięśni, które obrazują ich kurczenie i rozkurczanie, a następnie zamieniają je na sygnał analogowy w postaci napięcia, które może zostać odczytane np. przez przetwornik analogowo-cyfrowy w mikrokontrolerze. Zasada pomiaru jest bardzo podobna jak w zwykłym woltomierzu analogowym, z tym, że surowy sygnał wyjściowy z czujnika aktywności mięśni, nie jest napięciem stałym bądź okresowo zmiennym, a nieregularnie zmiennym napięciem EMG, którego przebieg czasowy przypomina fale dźwiękowe odwzorowujące np. utwór muzyczny. Czujniki EMG mają praktyczne zastosowanie w analizie nerwowo-mięśniowej, która pomaga określić odpowiedni dla człowieka zestaw ćwiczeń zapewniających utrzymanie mięśni w prawidłowej kondycji fizycznej.
Pomiar tętna serca za pomocą aparatury elektronicznej
Jedną z najczęściej używanych metod pomiaru pulsu serca, jest fotopletyzmografia. Metoda ta, opiera się na pomiarze zmian w objętości krwi przepływającej przez fragment układu krwionośnego organizmu, w wyniku zmian natężenia światła przepuszczanego przez naczynia krwionośne określonego organu (np. serca bądź wątroby). Rozróżniane są dwa rodzaje fotopletyzmografii - transmisyjna, polegająca na generowaniu i wysyłaniu wiązki światła przez jakikolwiek obszar ciała bogaty w naczynia krwionośne (np. małżowinę uszną) i odbiór przesłanej wiązki świetlnej przez czujnik, a także fotopletyzmografia odbiciowa, w której wiązka świetlna jest wysyłana na powierzchnię obszaru ukrwionego (np. opuszek palca) i odbijana w stronę czujnika pomiarowego. Dla aplikacji, w których wymagane jest monitorowanie pulsu ludzkiego serca, jednym z najważniejszych parametrów jest określenie częstotliwości bicia serca, tj. ilości jego uderzeń rozkurczowych w ciągu minuty. Objętość przepływającej krwi w organizmie, jest uzależniona od ilości uderzeń serca. W pomiarach pulsu serca, kluczową rolę odgrywa hemoglobina, która magazynuje energię światła - zmiany ilości tej energii, powodują powstawanie sygnałów elektrycznych, które dokładnie odwzorowują częstotliwość bicia serca.
Czujniki tętna - prosta konstrukcja dająca dokładny pomiar!
Podstawowa konstrukcja czujnika tętna ludzkiego serca, zawiera w sobie diodę LED oraz fotorezystor lub fotodiodę. Bicie serca powoduje zmianę w ilości przepływającej krwi w różnych strefach ciała organizmu. Tkanki w obszarze wykonywania pomiaru zostają oświetlone przez światło wysyłane z diody LED. Następnie, wiązka światła zostaje odbita przez tkanki (w przypadku pomiaru na opuszku palca), bądź przesłana przez obszar ukrwiony (w przypadku pomiaru na małżowinie usznej). Część uprzednio wysłanego światła zaabsorbowanego przez hemoglobinę bądź odbitego od powierzchni pomiaru na ciele, zostaje odbita w stronę czujnika światła w postaci fotorezystora bądź fotodiody. Ilość energii świetlnej wysłanej w stronę czujnika światła, zależy od objętości krwi przepływającej przez obszar wykonywania pomiarów. Sygnał wyjściowy z czujnika, ulega zmianom proporcjonalnie do każdego uderzenia serca. Przebieg czasowy sygnału napięcia wyjściowego z czujnika, jest zbudowany ze składowej stałej, która reprezentuje tkanki na obszarze wykonywania pomiarów oraz składowej zmiennej, której amplituda i częstotliwość są zmienne synchronicznie z pulsem serca, co jest priorytetową informacją w diagnostyce funkcjonowania serca - z tego powodu, czujniki tętna konstruuje się tak, aby składowa zmienna była odseparowana od składowej stałej. W tym celu, sygnał wyjściowy z czujnika jest przepuszczany przez odpowiednio dobrany filtr górnoprzepustowy i dolnoprzepustowy, a następnie jest przetwarzany na ciąg impulsów za pomocą komparatora lub przetwornika analogowo-cyfrowego, zwykle wbudowanego w mikrokontroler.
